Un suministro de energía sostenible requiere la expansión de las redes eléctricas. Sin embargo, las nuevas líneas de transmisión también pueden hacer que las redes se vuelvan más inestables en lugar de más estables, como cabría esperar. Este fenómeno se conoce como la paradoja de Braess.

Por primera vez, un equipo internacional, que incluye investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), ha simulado este fenómeno en detalle para las redes eléctricas, lo ha demostrado a mayor escala y ha desarrollado una herramienta de predicción, que es compatible con la red. operadores en la toma de decisiones. Los investigadores informan en la revista Nature Communications .

La transformación sostenible del sistema energético requiere una expansión de las redes para integrar fuentes renovables y transportar electricidad a largas distancias. Tal expansión requiere grandes inversiones y tiene como objetivo hacer que las redes sean más estables. Sin embargo, al actualizar las líneas existentes o agregar otras nuevas, la red puede volverse más inestable en lugar de más estable, lo que resulta en cortes de energía.

"Entonces hablamos de la paradoja de Braess. Este fenómeno establece que una opción adicional conduce a un empeoramiento de la situación general en lugar de a una mejora", dice el Dr. Benjamin Schäfer, jefe de Análisis de Sistemas Complejos Basado en Datos (DRACOS) grupo de investigación del Instituto KIT de Automatización e Informática Aplicada.

El fenómeno lleva el nombre del matemático alemán Dietrich Braess, quien lo analizó por primera vez para las redes de carreteras:Bajo ciertas condiciones, la construcción de una nueva carretera puede aumentar el tiempo de viaje para todos los usuarios de la carretera. Este efecto se ha observado en los sistemas de tráfico y se ha discutido para los sistemas biológicos. Para las redes eléctricas, hasta ahora solo se ha predicho teóricamente y se ha ilustrado a muy pequeña escala.

Los investigadores simulan la red eléctrica alemana, incluidas las expansiones planificadas

Los investigadores dirigidos por el Dr. Schäfer ahora han simulado el fenómeno en detalle para las redes eléctricas por primera vez y lo han demostrado a mayor escala. Simularon la red eléctrica alemana, incluidos los refuerzos y expansiones planificados. En un montaje experimental en el laboratorio que muestra la paradoja de Braess en una red de corriente alterna, los investigadores observaron el fenómeno en simulación y experimentación, poniendo especial énfasis en los flujos circulares.

Estos últimos son cruciales para comprender la paradoja de Braess:una línea eléctrica se mejora, por ejemplo, al reducir su resistencia y luego puede transportar más corriente. "Debido a las leyes de conservación, esto da lugar a un nuevo flujo circular, y luego fluye más corriente en algunas líneas y menos en otras", explica Schäfer. "Esto se convierte en un problema cuando la línea más cargada tiene que transportar aún más corriente, se sobrecarga y, finalmente, debe apagarse. Esto hace que la red sea más inestable y, en el peor de los casos, colapsa".

La comprensión intuitiva permite decisiones rápidas

La mayoría de las redes eléctricas tienen suficiente capacidad adicional para resistir la paradoja de Braess. Al construir nuevas líneas y durante la operación, los operadores de la red examinan todos los escenarios posibles. Sin embargo, cuando se deben tomar decisiones con poca antelación, por ejemplo, para cerrar líneas o cambiar la producción de la planta de energía, no siempre hay suficiente tiempo para analizar todos los escenarios. "Entonces, necesita una comprensión intuitiva de los flujos circulares para poder evaluar cuándo ocurre la paradoja de Braess y, por lo tanto, tomar las decisiones correctas rápidamente", dice Schäfer.

Junto con un equipo internacional e interdisciplinario, el científico ha desarrollado una herramienta de predicción para ayudar a los operadores de red a tener en cuenta la paradoja de Braess en sus decisiones. "Los resultados de la investigación permitieron una comprensión teórica de la paradoja de Braess y proporcionaron pautas prácticas para planificar las expansiones de la red con sensatez y respaldar la estabilidad de la red", dice Schäfer. + Explora más

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